用于DPoE网络中的分界自动配置机制的双协议栈支持

摘要

本发明公开了用于DPoE网络中的分界自动配置机制的双协议栈支持。用于在以太无源光网络（EPON）中操作服务器的系统、设备和技术包括：从分界设备接收动态主机配置协议（DHCP）控制消息；依赖于目标操作模式处理所述DHCP控制消息，使得当所述DHCP控制消息与所述目标操作模式不一致时，丢弃所述DHCP控制消息，而当所述DHCP控制消息与所述目标操作模式一致时，将所述DHCP控制消息传送至所述EPON；以及，通过在到所述分界设备的DHCP响应消息中包括模式选择选项字段来给所述分界设备指示目标操作模式。

说明书

相关申请的交叉引用

本专利文件要求于2012年3月12日所提交的第61/609,846号美国临 时专利申请的优先权权益。在本文中通过引用来并入前述专利申请的全部 内容。

技术领域

本专利文件涉及用于在以太无源光网络（EPON）中的数据通信的系 统、设备和技术。

背景技术

有线传输数据业务接口规范（DOCSIS）是一种电信标准，其允许为 现有的有线电视（CATV）系统增加高速数据传输。DOCSIS被有线电视运 营商用来通过光纤同轴电缆混合网（HFC）基础设施提供数据服务，比如 互联网。以太无源光网络（EPON）是一种基于单点对多点（P2MP）拓扑 的光网络结构，其中单条光纤和多个无源分光器被用于从一个总局或头端 向多个用户端提供服务。EPON使用点对点（P2P）仿真子层使得P2MP 网络表现为到达较高协议层的P2P链路的集合。在EPON中包括网络的操 作、管理和维护（OAM）机制，以方便EPON的操作和管理。

DPoE（基于有线传输数据业务接口规范管理后台的以太无源光网络） 使用EPON和DOCSIS中介层（DML）解决方案在EPON与DOCSIS后 台（back-office）系统之间提供转换，以准备DOCSIS服务。

在EPON网络中操作的某些设备可能需要以第4版互联网协议（IPv4） 模式或者以第6版互联网协议（IPv6）模式操作。

期望改善EPON网络的操作。

发明内容

本专利文件尤其提供了在以太无源光网络（EPON）中的数据通信的 系统、设备和技术，并且具体地是提供了对IPv4、IPv6的支持，以及对连 接到DPoE ONU的、形成DPoE网络基础设施的一部分的分界设备 （DEMARC）的任何组合的支持。

在一方面，公开了一种在以太无源光网络（EPON）中操作分界设备 的方法。该方法包括：接收动态主机配置协议（DHCP）消息，其包括指 示了协议操作模式的模式选择选项字段；以及，通过避免生成用于未在模 式选择选项字段中指示的协议模式的控制消息，操作分界设备，直到取消 或重新引导为止。

在另一方面，可在以太无源光网络（EPON）中操作的本发明所公开 的装置包括：接收器，其接收包括指示了协议操作模式的模式选择选项字 段的动态主机配置协议（DHCP）消息；以及，处理器，其通过避免生成 用于未在模式选择选项字段中指示的协议模式的控制消息，操作分界设 备，直到取消或重新引导为止。

在另一方面，在以太无源光网络（EPON）中操作服务器的本发明所 公开的方法包括：从分界设备接收动态主机配置协议（DHCP）控制消息； 依赖于目标操作模式处理DHCP控制消息，使得当DHCP控制消息与目标 操作模式不一致时，丢弃DHCP控制消息，而当DHCP控制消息与目标操 作模式一致时，将DHCP控制消息传送至EPON；以及，通过在到分界设 备的DHCP响应消息中包括模式选择选项字段，给分界设备指示目标操作 模式。

在又一方面中，用于在以太无源光网络（EPON）中操作服务器的本 发明所公开的装置包括：接收器，其从分界设备接收动态主机配置协议 （DHCP）控制消息；消息处理器，其依赖于目标操作模式处理DHCP控 制消息，使得当DHCP控制消息与目标操作模式不一致时，丢弃DHCP控 制消息，而当DHCP控制消息与目标操作模式一致时，将DHCP控制消息 传送至EPON；以及，指示器，其通过在到分界设备的DHCP响应消息中 包括模式选择选项字段来给分界设备指示目标操作模式。

上述的方面和其他的方面及其实现在附图、说明书和权利要求书中有 更详细的描述。

附图说明

图1是有线传输数据业务接口规范（DOCSIS）网络的框图表示。

图2是DOCSIS以太无源光网络（DPoE）的框图表示，如CableLabs 的DPoE规范中所示。

图3是在以太无源光网络（EPON）中操作分界设备的过程的流程图 表示。

图4是可在以太无源光网络（EPON）中操作的装置的框图表示。

图5是在以太无源光网络（EPON）中操作服务器的过程的流程图表 示。

图6是用于在以太无源光网络（EPON）中操作服务器的装置的框图 表示。

具体实施方式

在本文件中公开的技术一方面对于EPON网络中的某些网络元件的双 协议栈（例如，IPv4和IPv6）操作是有用的。例如，在一些实施方式中， 在EPON网络中操作时，EPON网络中的分界设备可以通过基于DOCSIS 的双协议栈支持来自动配置。

在一些实施方式中，本文件中公开的技术能够克服在双协议栈 DEMARC设备的动态配置过程中的多种已有限制。在一些实施方式中， 本发明所公开的技术，通过消除某些非必要的控制消息传输，对于限制 DHCP服务器的负载是有用的。在一方面，本发明所公开的技术在一些实 施方式中被实现为用于网络运营商的机制，以便有选择地禁用在DEMARC 设备上的IPv4或IPv6DHCP，从而避免由于非必要的DHCP请求所造成 的DHCP服务器的过载。在一个有优势的方面，本发明所公开的技术使得 在某些实现中能够允许从IPv4到IPv6的智能的、选择性的和平稳的过渡， 同时最小化关于部属双协议栈的设备的上门服务（trunk rolls），并且在网 络运营商一方集中进行这种过渡自动化。

DOCSIS结构在图1中示出，并且包括HFC网络、家庭网络和具有网 络管理系统（NMS）和准备系统的后台网络。

电缆调制解调器（CM）位于用户端处，作为在HFC网络和一个或多 个用户端设备（CPE）之间的通信接口。CM连接至运营商的HFC网络且 连接至家庭网络，以便在HFC网络和家庭网络之间桥接数据包。CPE设 备能够连同CM被嵌入到单个设备中，或者是如所示的分离的独立设备。 一些CPE设备的例子是家庭路由器、置顶设备和个人计算机。电缆调制解 调器终端系统（CMTS）位于CATV头端处。支持按需编程（on-demand  programming）的电缆设备使用光纤同轴电缆混合系统。光纤线路将数字信 号送至系统中的节点，在这些节点处，所述数字信号被变换到RF信道中 并且变换到同轴主干线路上的调制解调器信号。CMTS使用HFC网络来连 接运营商后台网络和核心网络。CMTS在这两个域之间传送数据包，以及 在HFC网络上的上游信道和下游信道之间传送数据包。

关于图2，DPoE（基于有线传输数据业务接口规范管理后台的以太无 源光网络）使用EPON和专用的中间件解决方案在EPON与DOCSIS后台 系统之间提供转换，以准备DOCSIS服务。该结构的细节，以及专用网络 元件（例如，分界设备、一个或多个DPoE光网络单元（ONU）（比如DPoE 桥接光网络单元（B-ONU））、DPoE系统）期望的作用和功能能够在由 CableLabs发布的DPoE-SP-ARCH标准中找到，在本文件中通过引用并入 上述标准。

本专利文件扩展了在由Cablelabs所发布的DPoE分界设备规范草案 （本文中通过引用并入该规范草案）中所公布的现有技术，以便包括分界 设备的双协议栈支持，如在下文中进一步讨论的。

被指定为DPoE v1.0规范集（DPoE-SP-DEMARC I01）的当前草案的 一部分的分界自动配置（DAC）机制定义了关于DPoE系统、DPoE ONU 和以各种组合连接到DPoE网络的DEMARC设备的行为和操作需求。此 外，制定了与后台系统（OSS）、准备服务器、并且特别是与DHCP代理 和服务器的操作有关的大量准则，以方便在DAC机制下的准备过程的自 动化。

DPoE-SP-DEMARC I01规范详细说明了关于仅运行IPv4栈的 DEMARC设备的DAC机制的操作。所述机制还可扩展到仅运行IPv6栈 的DEMARC设备中。

当前未在DPoE-SP-DEMARC I01中解决的一个问题在于以IPv4和 IPv6两个栈（所谓的双协议栈模式）操作的DEMARC设备的操作，其中 DEMARC设备能够作为IPv4或IPv6设备操作，这依赖于连接到何种类型 的IP网络（支持IPv4或IPv6版的互联网协议组）。

本文件中提出的技术在一方面可用于扩展如DPoE-SP-DEMARC I01 中具体说明的DAC机制，以与双协议栈DEMARC设备进行操作。本文件 还提出了能够被添加到DPoE系统、OSS和DEMARC设备的某些实施方 式中的额外技术特征。在一些实施方式中，在被扩展的DAC下的DPoE ONU的操作在与DPoE-SP-DEMARC I01中具体说明的常规DAC比较时 是无变化的，并且为了简洁的目的省略了详细的讨论。读者可参考 DPoE-SP-DEMARC I01以便了解在DAC机制下的DPoE ONU操作性的技 术特征的细节。

对双协议栈DEMARC设备的DAC的扩展

可在EPON网络中操作的DEMARC设备的功能性技术特征包含在 DPoE-SP-DEMARC I01的章节9.1中。本节仅提出对在DAC机制下操作 的DEMARC设备的已有功能性需求的扩展，而不修改如 DPoE-SP-DEMARC I01的章节8中具体说明的DAC机制操作的整体框架。

在一些实施方式中，以双协议栈模式操作的DEMARC设备要经历按 照如DPoE-SP-DEMARC I01的章节8中描述的阶段1和阶段2的初始的 加电和初始化过程。在这些阶段，DEMARC设备发现链路参数、被连接 的D-ONU设备的类型，并且其经由在DPoE-SP-DEMARC I01中详细说明 的LLDP扩展被配置成具有所有必需的参数。

在阶段3，双协议栈DEMARC设备启动DHCP（动态主机控制协议） 过程，在此过程中，双协议栈DEMARC设备被分配IP地址，并且配有大 量配置参数，所述配置参数包括安全软件下载URI选项，并且提供关于位 置、文件名的信息和提供要被用于从后台服务器（OSS）安全地下载服务 配置文件的安全文件转换机制。在该阶段，双协议栈DEMARC设备发送 IPv4DHCP和IPv6DHCP地址分配请求（分别为DHCP发现和DHCP请 求），从北向（north-bound）DHCP服务器请求分配各自的IP地址。

按照DPoE-SP-DEMARC I01的章节9.3的DPoE系统配有DHCP代理 （中继或助手）功能，其作用限于以下功能：

·在上行方向（从DEMARC设备到DPoE系统）

o拦截源自用户侧设备并且朝向上行方向朝着DPoE系统发送 的任何DHCP控制消息。

o验证所述DHCP控制消息是否源自DEMARC设备，有选择 地识别DEMARC设备的类型，并且决定哪一个专用DHCP服务器 中继所述DHCP控制消息。

·在下行方向（从DPoE系统朝着DEMARC设备）

o拦截源自DHCP服务器的以连接到DPoE系统的DEMARC 设备中的一个作为目标的任何DHCP控制消息，以及确保（使用正 确的DAC控制数据路径）来正确地传送这些DHCP控制消息；

o检查所述DHCP控制消息以验证存在安全的软件下载URI 选项以及正确操作DAC和DEMARC设备所需的任何其他的DHCP 选项。这在DPoE-SP-DEMARC I01中有详细说明。

为方便双协议栈的操作，连接到DPoE网络的DEMARC设备被分配 了IPv4地址或IPv6地址或者可选地两者兼有。关于分配哪一个可能地址 的决定应当最好由运营商以集中方式进行，而无需在部署了DEMARC设 备后以任何方式配置DEMARC设备。这最小化了上门服务（truck roll）和 配置动作的数量，所述上门服务和配置动作需要由运营商完成以保证正确 操作双协议栈DEMARC设备。

为了实现这种集中的运营商控制的地址分配行为，在一些实施方式 中，以下额外的功能由DPoE系统实现，并且特别是由DHCP代理实现：

-DHCP代理是可由运营商配置的，以便选择性地丢弃源自给定的 DEMARC设备的DHCPv4或DHCPv6控制消息。对于连接到DPoE系统 的每个DEMARC设备，这样一种能力应当可以独立配置。在缺省的行为 中，DHCP代理让所有被接收到的DHCP控制消息都通过。

-DHCP代理是可由运营商配置的，以便选择性地丢弃朝向被选定的 DEMARC设备的、源自DHCP服务器的DHCPv4或DHCPv6控制消息。 对于连接到DPoE系统的每个DEMARC设备，这样一种能力应当可以独 立配置。在缺省的行为中，DHCP代理让所有被接收到的DHCP控制消息 都通过。

-DHCP代理是可由运营商配置的，以便朝着用于进行处理的被选定 的DHCPv4或DHCPv6服务器选择性地传送（尚未被丢弃的）DHCPv4或 DHCPv6控制消息。

-DHCP代理能够将模式选择选项插入DHCPv4确认消息/DHCPv6应 答消息以及DHCPv4提供消息/DHCPv6告知消息，指示目的地DEMARC 设备在下一次重新启动之前要以什么工作模式使用。

在一些实现中，在DPoE系统上的被扩展的DHCP代理由此通过运营 商配置，以便对源自DEMARC设备的每个进入的DHCP控制消息执行一 组特定的动作。首先，要使用可在DPoE系统上得到并且从OSS获得的信 息来检查给定的DEMARC设备是被配置成以IPv4还是以IPv6地址操作。 接下来，丢弃或传送接收到的DHCP控制消息，这依赖于运营商为 DEMARC设备配置了何种目标操作模式以及从DEMARC设备接收到了何 种DHCP控制消息。最后，DHCP代理将模式选择选项插入DHCP提供消 息/DHCP告知消息以及DHCP确认消息/DHCP应答消息，以便通知 DEMARC设备，直到下一次重新启动/重新引导之前，其是期望以IPv4模 式操作还是以IPv6模式操作。模式选择选项的一个示例结构在本文件中有 所描述。

在与安全的软件下载URI选项和模式选择选项一起接收到DHCP确认 /DHCP应答之后，DEMARC设备相应地配置其操作模式。如果模式选择 选项指示IPv4操作模式，DEMARC设备不生成任何额外的DHCPv6控制 消息直到该分配被撤销或者DEMARC设备被重新启动/重新引导为止。类 似地，如果模式选择选项指示IPv6操作模式，DEMARC设备不生成任何 额外的DHCPv4控制消息直到该分配被撤销或者DEMARC设备被重新启 动/重新引导为止。在重新启动/重新引导之后，双协议栈DEMARC设备返 回缺省配置，在该配置下生成DHCPv4和DHCPv6控制消息二者。以这种 方式，DEMARC设备能够灵活地适配部署方案，并且能够实现其使用目 的而不必考虑连接到的IP网络的类型。此外，给予运营商的额外的优势在 于，一旦被部署，在要将IP网络从IPv4过渡到IPv6时，这样一个DEMARC 设备不再需要通过上门服务进行彻底检查。

在一个有优势的方面，因为DEMARC设备被配置成以特定模式进行 操作，可避免不得不以其他方式进行的、非必要的DHCP控制消息处理。 否则，每次DEMARC设备重新刷新被分配的IP地址时，将发送DHCPv4 和DHCPv6控制消息二者，从而对OSS DHCP服务器非必要地添加负载。

此外，该操作模式完全向下兼容如DPoE-SP-DEMARC I01中具体说 明的DAC机制，这是因为该操作模式允许现有的DEMARC设备正确操作， 只要在DPoE系统上的被扩展的DHCP代理功能被正确地配置成使来自/ 到达给定的DEMARC设备的所有DHCP控制消息透明地通过。此外，在 这种情况下，DHCP模式选择选项由DEMARC设备忽略，所述DEMARC 设备认为该DHCP模式选择选项是未知的选项，这导致仅适应 DPoE-SP-DEMARC I01规范的DEMARC设备的行为没有改变。

如在DPoE-SP-DEMARC I01机制中具体说明的、DAC的其他操作阶 段，即阶段4、5、6和7可保持不变。

在阶段5A，双协议栈DEMARC设备重新启动缺省模式下的操作，如 之前所描述的在阶段3中发送DHCPv4和DHCPv6控制消息。

模式选择选项的结构

该TLV携带被通信至DEMARC CPE的DHCP模式选择选项。模式选 择选项给DEMARC设备提供指示，即期望该DEMARC设备在接收到该 5选项之后以何种操作模式（IPv4、IPv6或IPv4/IPv6）操作。

在一些实施方式中，该TLV的格式以如下方式定义：

表格1

其中

类型：标识模式选择选项

长度：标识在模式选择选项中的值字段的整体大小（此处，第2个 八位）

值：标识给定的DEMARC设备的目标操作模式，其以字符串的 格式描述。允许使用以下值：

-“IPv4”，指定IPv4操作模式

-“IPv6”，指定IPv6操作模式

-“IPv4/IPv6”，指定IPv4和IPv6双协议栈操作模式

值字段使用标准ASCII编码的零终止的字符串。

要认识到的是，实现本发明所公开的技术的一些实施方式对于允许设 备（比如分界设备）的双协议栈操作是有用的。还要认识到的是，本发明 所公开的技术的一些实施方式允许分界设备的所有双协议栈操作，而同时 消除了非必要的DHCP消息通信量（例如，在设备作为IPv4设备操作时， 消除了IPv6控制消息通信量）。

图3是在以太无源光网络（EPON）中操作分界设备的方法300的流 程图表示。在302，接收包括了模式选择选项字段的动态主机配置协议 （DHCP）消息，所述模式选择选项字段指示协议操作模式。在304，通过 避免生成用于未在模式选择选项字段中指示的协议模式的控制消息，来操 作分界设备，直到取消或重新引导为止。

图4是可在以太无源光网络（EPON）中操作的装置400的框图表示。 模块402用于接收包括模式选择选项字段的动态主机配置协议（DHCP） 消息，所述模式选择选项字段指示协议操作模式。模块404用于通过避免 生成用于未在模式选择选项字段中指示的协议模式的控制消息来操作分 界设备，直到取消或重新引导为止。

图5是在以太无源光网络（EPON）中操作服务器的方法500的流程 图表示。在502，从分界设备接收动态主机配置协议（DHCP）控制消息。 在504，依赖于目标操作模式来处理DHCP控制消息，使得当DHCP控制 消息与目标操作模式不一致时，丢弃DHCP控制消息，而当DHCP控制消 息与目标操作模式一致时，将DHCP控制消息传送至EPON。在506，通 过在到分界设备的DHCP响应消息中包括模式选择选项字段，来向分界设 备指示目标操作模式。

图6是可在EPON中操作的装置600的框图表示。模块602用于从分 界设备接收动态主机配置协议（DHCP）控制消息。模块604用于依赖于 目标操作模式来处理DHCP控制消息，使得当DHCP控制消息与目标操作 模式不一致时，丢弃DHCP控制消息，而当DHCP控制消息与目标操作模 式一致时，将DHCP控制消息传送至EPON。模块606用于通过在到分界 设备的DHCP响应消息中包括模式选择选项字段来给分界设备指示目标操 作模式。

要认识到的是，在一些实施方式中，本发明所公开的技术对于在EPON 网络中操作分界设备和服务器是有用的，使得服务器配置分界设备的双协 议栈操作模式，并且分界设备相应地传输控制消息或避免控制消息的传 输。此外，服务器可让与操作模式一致的控制消息通过，以及滤除（丢弃） 与分界设备的操作模式不一致的控制消息。

本发明所公开的和其他的实施方式以及在本文件中描述的功能性操 作能够以数字电子电路，或者以计算机软件、固件、或硬件（包括在本文 件中所公开的结构和其结构性的等效物），或者以它们中的一个或多个的 组合来实现。本发明所公开的和其他的实施方式能够被实现为一个或多个 计算机程序产品，即在计算机可读介质上编码的一个或多个计算机程序指 令模块，用于由数据处理装置执行或者控制数据处理装置的操作。计算机 可读介质能够是机器可读的储存设备、机器可读的储存基板、存储器设备、 实现机器可读的被传播信号的物品组合、或者一个或多个上述项的组合。 术语“数据处理装置”涵盖了用于处理数据的所有装置、设备和机器，包 括例如可编程的处理器、计算机、或者多个处理器或计算机。除了硬件之 外，所述装置能够包括产生用于所考虑的计算机程序的执行环境的代码 （例如，组成处理器固件的代码）、协议栈、数据库管理系统、操作系统、 或者一个或多个上述项的组合。所传播的信号是人工生成的信号，例如机 器生成的电信号、光信号、或者电磁信号，其被生成以编码用于传输至合 适的接收器装置的信息。

计算机程序（也被称为程序、软件、软件应用、脚本或代码）能够以 任何形式的编程语言（包括汇编语言或解释语言）来编写，而且其能够以 任何形式（包括作为独立的程序或者作为模块、组件、子程序、或者适合 在计算环境中使用的其他单元）来部署。计算机程序不必要对应于文件系 统中的文件。程序能够被储存在保存了其他程序的文件或数据（例如，在 标记语言文件中储存的一个或多个脚本）的一部分中，在专门用于所考虑 的程序的单个文件中，或者在多个同等文件中（例如，存储一个或多个模 块、子程序或者代码部分的文件）。计算机程序能够被部署成，要在一个 计算机上执行或者在多个计算机上执行，所述计算机位于一个位置或者跨 多个位置分布并且通过通信网络互连。

在本文件中描述的过程和逻辑流能够通过执行一个或多个计算机程 序的一个或多个可编程的处理器执行，以便通过操作输入数据和生成输出 来执行功能。该过程和逻辑流还能够通过专用逻辑电路执行，并且装置还 能够被实现为专用逻辑电路，例如，FPGA（现场可编程门阵列）或者ASIC （专用集成电路）。

适于执行计算机程序的处理器包括例如通用的和专用的微处理器，以 及任意类型的数字计算机的任何一个或多个处理器。一般来说，处理器将 从只读存储器或随机存取存储器或这二者接收指令和数据。计算机的基本 元件是用于执行指令的处理器和用于存储指令和数据的一个或多个存储 器设备。一般来说，计算机还将会包括用于存储数据的一个或多个大容量 存储装置，或者被可操作地耦合为从用于存储数据的一个或多个大容量存 储装置接收数据或者向所述用于存储数据的一个或多个大容量存储装置 传送数据，或者两者兼有，其中所述一个或多个大容量存储装置，例如是 磁盘、磁光盘或光盘。然而，计算机不需要具有这样的设备。适于存储计 算机程序指令和数据的计算机可读介质包括所有形式的非易失性存储器、 介质和存储设备，通过举例说明的方式包括半导体存储设备，例如 EPROM、EEPROM、和闪存设备；磁盘，例如内置硬盘或移动磁盘；磁 光盘；以及CD ROM盘和DVD ROM盘。处理器和存储器能够由专用逻 辑电路辅助，或者被并入专用逻辑电路。

虽然本专利文件包含许多细节问题，这些细节问题不应被解释为是对 （要被要求权利或者可以被要求权利的）本发明的范围的限制，而是作为 特定实施方式所特有的特征的描述。在本文件中在分离的实施方式中描述 的某些特征还能够以单个实施方式的组合来实现。相反地，在单个实施方 式的范围内描述的各种特征还能够以多个实施方式分离地实现或者以任 何适合的子组合实现。此外，虽然特征可在以上被描述为以某些组合动作， 且甚至最初要求权利为这些组合，在一些情况下，来自被要求权利的组合 的一个或多个特征能够从该组合中去除，并且被要求权利的组合可指向一 子组合或子组合的变体。类似地，虽然这些操作在附图中以特定顺序描绘， 但是其不应被理解为要求这些操作以所示的特定顺序执行或者以连续的 顺序执行，或者所有被示出的操作可被执行以实现期望的结果。

仅公开了一些例子和实现。对所描述的例子和实现的变化、修改和增 强以及其他的实现能够基于本发明所公开的内容来完成。